2017年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎揭曉，三位美國科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)生物控制晝夜節(jié)律的分子機(jī)制而獲獎。

這是一項(xiàng)什么樣的成就得配諾貝爾獎這種崇高的榮譽(yù)呢？

主要成就

地球上的生命都適應(yīng)于我們星球的旋轉(zhuǎn)。

多年來，我們知道，包括人類在內(nèi)的生物體內(nèi)都有一個生物鐘幫助我們預(yù)測和適應(yīng)正常的節(jié)奏。但這個時鐘到底是怎么工作的呢？ 今年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的三位獲得者，紐約洛克菲勒大學(xué)的邁克爾·楊（Michael Young）、緬因大學(xué)的杰弗里·霍爾（Michaelrey Rosbash）和波士頓布蘭迪斯大學(xué)的邁克爾·羅斯巴什（Michael Rosbash）卓越的工作為我們揭開了其中的奧秘。

他們的發(fā)現(xiàn)很好的解釋了植物、動物和人類如何適應(yīng)生物節(jié)奏，使之與地球的演進(jìn)同步。

今年的獲得者首先在果蠅分離并鑒定出一個控制正常晝夜生物節(jié)律的周期基因。他們的研究表明，該基因編碼一種在夜間在細(xì)胞中積聚白天降解的蛋白質(zhì)。隨后，他們發(fā)現(xiàn)了這種分子機(jī)器的其他蛋白質(zhì)組分，揭示了控制細(xì)胞內(nèi)自控式的鐘表發(fā)條機(jī)制。

現(xiàn)在我們認(rèn)識到，包括人類在內(nèi)的其他多細(xì)胞生物生物鐘都是通過細(xì)胞內(nèi)這種相同的原理起作用。

研究歷程和貢獻(xiàn)

人們早就觀察到大多數(shù)生物體預(yù)測和適應(yīng)環(huán)境晝夜變化。早在18世紀(jì)，天文學(xué)家讓·雅克·德奧圖斯·德馬蘭就對含羞草白天葉子朝向太陽開放，晚上閉合的現(xiàn)象進(jìn)行了研究。他將這種植物置于持續(xù)的黑暗中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)含羞草并沒有受日照的影響。葉子依然故我按照固有的節(jié)律開放閉合。

這說明，植物本身似乎存在調(diào)節(jié)自身行為的生物鐘。

其他研究人員還發(fā)現(xiàn)，不僅植物，在動物和人類，體內(nèi)都有這種類似的生物鐘，調(diào)控我們每天的生理波動。 這種就是所謂的晝夜節(jié)律。

然而，生物鐘是如何工作的呢？

20世紀(jì)70年代，有研究人員發(fā)現(xiàn)，發(fā)生某種未知的基因突變的果蠅的這種晝夜節(jié)律被打亂。這說明果蠅體內(nèi)存在著控制晝夜節(jié)律的基因，并將這種基因命名為周期基因（period）。

然而這種周期基因如何影響晝夜節(jié)律？

今年的諾貝爾獎得主的系列工作給出了答案。

1984年，在波士頓布蘭迪斯大學(xué)的杰弗里·霍爾和邁克爾·羅斯巴什，紐約洛克菲勒大學(xué)邁克爾·楊成功地分離和鑒定了周期基因。隨后，杰弗里·霍爾和邁克爾·羅斯巴什還成功發(fā)現(xiàn)這種基因編碼的被命名為PER的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)在夜間積累，白天降解，細(xì)胞內(nèi)這種蛋白質(zhì)的水平在每天24小時的周期內(nèi)與晝夜節(jié)律同步波動。

然而，這種蛋白水平為什么會產(chǎn)生隨晝夜節(jié)律的波動呢？

杰弗里·霍爾和邁克爾·羅斯巴什假設(shè)PER蛋白阻斷了周期基因的活性，通過抑制反饋?zhàn)柚棺陨淼暮铣?，從而以連續(xù)的循環(huán)節(jié)律調(diào)節(jié)其自身的水平波動。

這種模型雖然是誘人的，藍(lán)圖中中卻短缺幾個拼圖。那就是，要實(shí)現(xiàn)這種自我反饋抑制，這種蛋白質(zhì)首先必須從合成工廠所在的細(xì)胞質(zhì)返回到細(xì)胞核。雖然，兩位研究者也已經(jīng)成功證明在夜間這種蛋白的確發(fā)現(xiàn)在了細(xì)胞核中。

但是，它們是如何到達(dá)細(xì)胞核的呢？ 1994年，邁克爾·楊發(fā)現(xiàn)了另一種沒有時間波動性的時鐘基因，它編碼正常晝夜節(jié)律所需的TIM蛋白。并證明，當(dāng)TIM與PER結(jié)合時，兩種蛋白質(zhì)就能夠攜手進(jìn)入細(xì)胞核，在那里它們阻斷周期基因活動以構(gòu)建起了抑制反饋完整的環(huán)。

這種自我調(diào)節(jié)的反饋機(jī)制解釋了細(xì)胞蛋白水平的節(jié)律性波動，但是問題依然沒有徹底解決。 那就是，是什么控制波動的頻率呢？ 邁克爾·楊隨后確定了另一個基因，編碼DBT蛋白，這種蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)延緩了PER蛋白的積累，很好的解釋這種蛋白水平波動是調(diào)整以更緊密地匹配24小時晝夜節(jié)律變化。

在接下來的幾年中，獲獎?wù)咂渌墓ぷ麝U明了生物鐘這種發(fā)條機(jī)制的其他分子組分，完成了生物鐘構(gòu)建和工作穩(wěn)定性的原理。

就是說，有關(guān)生物鐘原理機(jī)制的很大部分主要工作都是有今年的三位獲獎?wù)咄瓿傻?，榮膺此榮耀當(dāng)之無愧。